本發(fā)明涉及機(jī)器視覺領(lǐng)域，尤其涉及一種多目相機(jī)標(biāo)定裝置。

背景技術(shù)：

目前，在復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行物體的對(duì)準(zhǔn)裝配工作時(shí)，由于空間狹窄局促等問題，現(xiàn)有機(jī)械手不易操作，需要依靠人工目測(cè)來(lái)完成，但人工目測(cè)效率低，精度差，嚴(yán)重時(shí)甚至對(duì)于操作人員的人身財(cái)產(chǎn)安全造成危害，在工作效率和生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性上都不能滿足現(xiàn)今對(duì)于生產(chǎn)和安全的需求。因此為了提高作業(yè)效率和提高操作人員的作業(yè)安全水平，通常在機(jī)械手末端安裝固定工業(yè)相機(jī)進(jìn)行輔助操作。

在實(shí)際使用多目相機(jī)，例如雙目或四目相機(jī)，輔助裝配操作前，需要對(duì)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，保證相機(jī)間視場(chǎng)存在重疊區(qū)域，并且該區(qū)域能夠覆蓋整個(gè)標(biāo)定物。而對(duì)于無(wú)重疊區(qū)域的多目相機(jī)標(biāo)定，現(xiàn)有的標(biāo)定裝置并不適用，市場(chǎng)上也沒有相關(guān)的相機(jī)標(biāo)定裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提出一種多目相機(jī)標(biāo)定裝置，以實(shí)現(xiàn)相機(jī)高精度的標(biāo)定。

本發(fā)明中的多目相機(jī)標(biāo)定裝置，包括托架、相機(jī)調(diào)節(jié)固定裝置、標(biāo)定框和至少一個(gè)立體標(biāo)定塊，所述相機(jī)調(diào)節(jié)固定裝置以在水平方向上和在豎直方向上能夠自由調(diào)節(jié)的方式支撐在所述托架上，所述相機(jī)調(diào)節(jié)固定裝置用于安裝相機(jī)，并且使其能夠置于所述標(biāo)定框形成的空間區(qū)域中，以進(jìn)行相機(jī)的標(biāo)定，所述至少一個(gè)立體標(biāo)定塊放置在所述標(biāo)定框形成的空間區(qū)域上部或者下部平面上，以建立物體坐標(biāo)系與視覺檢測(cè)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

進(jìn)一步地，所述立體標(biāo)定塊包括底座、圍框和多個(gè)標(biāo)定點(diǎn)，所述底座為三層的臺(tái)階結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)標(biāo)定點(diǎn)分布在所述底座的各個(gè)階層的上表面，所述底座具有與所述圍框和標(biāo)定點(diǎn)不同的顏色。

進(jìn)一步地，所述底座為純白色，所述圍框和標(biāo)定點(diǎn)為純黑色。

進(jìn)一步地，所述底座為正方形，所述標(biāo)定點(diǎn)為圓形并且以等間距的陣列形式布置在所述底座各個(gè)階層的上表面。

進(jìn)一步地，所述標(biāo)定點(diǎn)由鑲嵌在所述底座中的圓柱段形成。

進(jìn)一步地，所述托架包括底座、垂直圓棒、水平圓棒和兩通支承塊，所述垂直圓棒沿豎直方向固定在所述底座上，所述兩通支承塊具有相互垂直的第一圓孔和第二圓孔，所述兩通支承塊通過第一圓孔以能松開、夾緊的方式固定在所述垂直圓棒上，所述水平圓棒沿水平方向以能松開、夾緊的方式固定在所述兩通支承塊的第二圓孔中。

進(jìn)一步地，所述相機(jī)調(diào)節(jié)固定裝置包括托臺(tái)、第一圓棒、第二圓棒和相機(jī)安裝固定夾，在所述托臺(tái)中設(shè)有彼此垂直延伸的第一圓孔和第二圓孔，所述第一圓棒和第二圓棒分別穿過所述第一圓孔和第二圓孔，所述相機(jī)安裝固定夾以能松開、夾緊的方式固定在所述第一圓棒和第二圓棒上。

進(jìn)一步地，所述標(biāo)定框呈U形，包括上蓋板、下底板、支承固定上蓋板與下底板的連接板，在所述上蓋板和下底板中心分別加工有用于安裝立體標(biāo)定塊的正方孔。

進(jìn)一步地，所述上蓋板、下底板和連接板之間通過圓頭精密定位銷進(jìn)行定位。

進(jìn)一步地，在所述標(biāo)定框的內(nèi)表面粘貼深色啞光貼膜。

本發(fā)明中，采用立體標(biāo)定塊，極大地提高了多目相機(jī)的深度標(biāo)定精度。本發(fā)明的裝置不僅適用于四目相機(jī)的標(biāo)定，且適用于雙目相機(jī)的標(biāo)定，適應(yīng)性廣，可廣泛應(yīng)用于自動(dòng)裝配生產(chǎn)線的視覺標(biāo)定。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的用于背對(duì)背四目相機(jī)的標(biāo)定裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的托架結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的相機(jī)調(diào)節(jié)固定裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例的分體式托臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例的相機(jī)安裝固定夾的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例的U形標(biāo)定框結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例的立體標(biāo)定塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例的標(biāo)定裝置工作流程圖。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，這些實(shí)施方式僅僅用于解釋本發(fā)明的技術(shù)原理，并非旨在限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的用于背對(duì)背四目相機(jī)的標(biāo)定裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該標(biāo)定裝置包括托架1、相機(jī)調(diào)節(jié)固定裝置2、標(biāo)定框3和至少一個(gè)立體標(biāo)定塊4，所述相機(jī)調(diào)節(jié)固定裝置2以在水平方向上和在豎直方向上能自由調(diào)節(jié)的方式支撐在所述托架1上，所述相機(jī)調(diào)節(jié)固定裝置2用于安裝相機(jī)5，并且能夠置于所述標(biāo)定框3中，以進(jìn)行相機(jī)的標(biāo)定，所述至少一個(gè)立體標(biāo)定塊4放置在所述標(biāo)定框3形成的空間區(qū)域上部或者下部平面上，以建立物體坐標(biāo)系與視覺檢測(cè)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

托架1用于支撐相機(jī)調(diào)節(jié)固定裝置2以及安裝在相機(jī)調(diào)節(jié)固定裝置2上的相機(jī)5，并實(shí)現(xiàn)相機(jī)調(diào)節(jié)固定裝置2在水平方向上的旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)以及在豎直方向上的升降等調(diào)節(jié)活動(dòng)。

圖2是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的托架1結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，托架1包括H形底座1.6、底座套1.5、垂直圓棒1.1、防松定位套1.4、兩通支承塊1.3、水平圓棒1.2。在進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定時(shí)，H形底座1.6水平放置于工作臺(tái)面上，用作托架1的支撐基座。H形底座1.6可采用外表面鍍鎳的45#鋼材料，從而確保了底座1.6具有足夠的配重，同時(shí)，H形結(jié)構(gòu)又有效減輕了底座1.6的整體重量。垂直圓棒1.1沿豎直方向固定在H形底座1.6中，例如采用緊固螺釘將垂直圓棒1.1緊固在H形底座1.6中。底座套1.5套在垂直圓棒1.1上并固定在H形底座1.6上。防松定位套1.4套入垂直圓棒1.1中部適當(dāng)位置并固定，例如采用梅花螺母緊固，梅花螺母便于手動(dòng)地松、緊防松定位套1.4，以此調(diào)節(jié)防松定位套1.4的高度。兩通支承塊1.3通過第一圓孔套裝在垂直圓棒1.1上并且水平放置于防松定位套1.4上，兩通支承塊1.3能夠通過緊固零件，例如梅花螺母相對(duì)于垂直圓棒1.1松、緊，使得兩通支承塊1.3沿垂直圓棒1.1繞著垂直圓棒1.1移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)。水平圓棒1.2水平地套入兩通支承塊1.3的第二圓孔中并能夠相對(duì)于兩通支承塊1.3固定或松開，例如采用梅花螺母將水平圓棒1.2擰緊在兩通支承塊1.3第二圓孔中，梅花螺母便于手動(dòng)地松緊水平圓棒1.2，可使水平圓棒1.2相對(duì)于兩通支承塊沿著水平方向移動(dòng)或者繞著水平軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。優(yōu)選地，垂直圓棒1.1和水平圓棒1.2上均刻有長(zhǎng)度尺，可方便地控制水平圓棒1.2和垂直圓棒1.1的位置，兩通支承塊1.3下方表面的圓孔刻有180°角度尺，便于控制相機(jī)調(diào)節(jié)固定裝置2的旋轉(zhuǎn)角度。

相機(jī)調(diào)節(jié)固定裝置2安裝在水平圓棒1.2上，操作人員通過手動(dòng)地松開分別用于固定防松定位套1.4、兩通支承塊1.3、水平圓棒1.2的梅花螺母中，便可調(diào)節(jié)水平圓棒1.2相對(duì)于底座1.6的角度和/或位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)相機(jī)調(diào)節(jié)固定裝置2的調(diào)節(jié)。

本實(shí)施例中，通過防松定位套1.4作為兩通支承塊1.3的水平調(diào)節(jié)支撐平面，實(shí)現(xiàn)了兩通支承塊1.3以垂直圓棒1.1作為中心軸的自由旋轉(zhuǎn)。兩通支承塊1.3還可以作為對(duì)于水平于底平面的水平圓棒1.2的有效支承，且實(shí)現(xiàn)了空間上各活動(dòng)部件間的角度垂直轉(zhuǎn)換。套裝在兩通支承塊1.3第二圓孔中的水平圓棒1.2實(shí)現(xiàn)了相機(jī)調(diào)節(jié)固定裝置2在水平方向上沿水平圓棒1.2的中心軸線的水平位置移動(dòng)和固定。

圖3是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的相機(jī)調(diào)節(jié)固定裝置2的結(jié)構(gòu)示意圖。相機(jī)調(diào)節(jié)固定裝置2包括托臺(tái)2.1、相機(jī)套件2.2、中部帶橢圓缺口的第一圓棒2.3、第二圓棒2.4、相機(jī)安裝固定夾2.5。如圖4所示，托臺(tái)2.1可以為上下分體式，分體式托臺(tái)2.1包括托臺(tái)下部2.1.1和托臺(tái)上部2.1.2，托臺(tái)上部2.1.2中軸線上加工通孔，托臺(tái)下部2.1.1軸線上加工內(nèi)螺紋，整體采用螺栓連接。在需要旋轉(zhuǎn)角度時(shí)通過松開連接螺栓實(shí)現(xiàn)其夾角變化。在托臺(tái)下部2.1.1和托臺(tái)上部2.1.2中分別設(shè)有彼此垂直的延伸的用于第一圓棒2.3、第二圓棒2.4的第一圓孔2.1.3和第二圓孔2.1.4。如圖3所示，第二圓棒2.4從圖5中托臺(tái)下部2.1.1的第二圓孔2.1.4穿過，中部帶橢圓缺口的第一圓棒2.3水平插入圖5中托臺(tái)上部2.1.2的第一圓孔2.1.3，采用緊固件例如盤頭螺釘將托臺(tái)上部2.1.2以及第一圓棒2.3整體貫穿擰緊在托臺(tái)下部2.1.1上。相機(jī)套件2.2連接于相機(jī)安裝與固定夾2.5，相機(jī)5容納在相機(jī)套件2.2中。如圖2所示，本實(shí)施例中有四個(gè)相機(jī)套件2.2和四個(gè)相機(jī)安裝與固定夾2.5，它們兩個(gè)為一組，分別安裝在第一圓棒2.3、第二圓棒2.4上。第一圓棒2.3上的橢圓缺口能實(shí)現(xiàn)位于其上的一組多目相機(jī)沿第一圓棒2.3的軸線的水平往復(fù)移動(dòng)，以調(diào)節(jié)該組相機(jī)與另一組相機(jī)的空間距離、位置關(guān)系。此外，通過托臺(tái)2.1的分體式結(jié)構(gòu)，能夠調(diào)節(jié)兩對(duì)多目相機(jī)之間形成的空間夾角，通過調(diào)節(jié)兩對(duì)多目相機(jī)之間的角度，尋找能夠符合視場(chǎng)要求的最小夾角，從而壓縮多目相機(jī)的空間體積。在托臺(tái)下部2.1.1還設(shè)有與第一圓孔2.1.3平行延伸的第三圓孔2.1.5，相機(jī)調(diào)節(jié)固定裝置2整體上通過圓孔2.1.5套裝在水平圓棒1.2上，如圖1所示。

圖5是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的相機(jī)安裝固定夾2.5的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，相機(jī)安裝固定夾2.5包括相機(jī)安裝座2.5.1和相機(jī)固定夾2.5.2。相機(jī)安裝座2.5.1為配合相機(jī)底座形狀的長(zhǎng)方形，在其一側(cè)上固定有相機(jī)套件2.2，在與該側(cè)垂直的另一側(cè)上固定相機(jī)固定夾2.5.2。具體地，可通過沉頭螺釘穿過相機(jī)固定夾2.5.2的朝向相機(jī)安裝座2.5.1的固定面，固定在相機(jī)安裝座2.5.1上。在相機(jī)安裝座2.5.1的用于固定相機(jī)固定夾2.5.2的軸線方向側(cè)邊面上刻有圓形刻度盤，以便于調(diào)整相機(jī)安裝座2.5.1與相機(jī)固定夾2.5.2之間的角度。將相機(jī)固定夾2.5.2套裝到第一圓棒2.3或第二圓棒2.4上，然后通過螺紋收緊相機(jī)固定夾2.5.2的翻邊2.5.3，相機(jī)固定夾2.5.2連同相機(jī)安裝座2.5.1即固定在第一圓棒2.3或第二圓棒2.4上。通過松開翻邊2.5.3，可調(diào)節(jié)相機(jī)安裝與固定夾2.5在第一圓棒2.3或第二圓棒2.4上的位置和相對(duì)角度。為此，可在第一圓棒2.3、第二圓棒2.4上刻有長(zhǎng)度刻度和角度刻度。通過第一圓棒2.3、第二圓棒2.4的連接作用，實(shí)現(xiàn)了各組的分別的兩個(gè)相機(jī)5可以在同一水平面X、Y相對(duì)垂直的位置上距離的調(diào)節(jié)和固定，且實(shí)現(xiàn)了相機(jī)5平行于圓棒中心軸線的角度調(diào)節(jié)。

圖6是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的標(biāo)定框3結(jié)構(gòu)示意圖。如圖6所示，標(biāo)定框3呈U形，包括上蓋板3.1、下底板3.2、支承固定上蓋板3.1與下底板3.2的連接板3.3。標(biāo)定框3可采用三塊等厚度的板材例如鋁板拼裝而成。參照立體標(biāo)定塊4的外輪廓尺寸，在上蓋板3.1和下底板3.2中心點(diǎn)位置分別加工出相應(yīng)的方孔，用于鑲嵌安裝立體標(biāo)定塊4，其中方孔加工有臺(tái)階，可以固定標(biāo)定塊，防止因?yàn)橹亓ψ饔脡嬄洹Ｒ赃B接板3.3作為支撐板，上蓋板3.1、下底板3.2、連接板3.3之間采用內(nèi)六角螺釘3.4連接緊固，并通過圓頭精密定位銷進(jìn)行定位，以確保上下方孔之間的同軸度和平行度。

在一個(gè)實(shí)施方式中，標(biāo)定框3的內(nèi)表面均粘貼啞光貼膜，尤其是深灰色啞光貼膜，以避免大量不規(guī)則光斑的形成，對(duì)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)中相機(jī)取景起到積極的輔助作用。

圖7是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的立體標(biāo)定塊4結(jié)構(gòu)示意圖。如圖7所示，立體標(biāo)定塊4包括底座4.1.1、圍框4.1.3和標(biāo)定點(diǎn)4.1.2，底座4.1.1為三層臺(tái)階結(jié)構(gòu)。底座4.1.1具有與圍框4.1.3、標(biāo)定點(diǎn)4.1.2不同的顏色，以滿足分色識(shí)別的需要。優(yōu)選的底座4.1.1為純白色、圍框4.1.3和標(biāo)定點(diǎn)4.1.2為純黑色，黑白配色可以達(dá)到底座4.1.1與標(biāo)定點(diǎn)4.1.2之間最大的灰度值差。如圖7所示的實(shí)施例中，底座4.1.1為方形，在方形的底座4.1.1的一個(gè)角上加工有一方向標(biāo)記點(diǎn)、例如一個(gè)三角形，用于指示方向。圍框4.1.3四邊等距鑲嵌安裝在底座4.1.1的最下層的外緣上，各標(biāo)定點(diǎn)4.1.2彼此等間距鑲嵌安裝在底座4.1.1的上表面。標(biāo)定點(diǎn)4.1.2可為圓形輪廓，也可為正方形等其他規(guī)則形狀。規(guī)則的輪廓形狀能夠更好地使相機(jī)識(shí)別到其中心點(diǎn)，而圓形規(guī)則形狀更加便于加工、裝配以及規(guī)則的等間距排布。具體地，如圖7所示，圍框4.1.3為正方形，在圍框4.1.3內(nèi)部立體標(biāo)定塊4的三個(gè)臺(tái)階上分別設(shè)有等間距呈矩陣形式的、等大小的共計(jì)49個(gè)標(biāo)定點(diǎn)，其中最底層采用一圈7×7的等間距標(biāo)定點(diǎn)，中間層采用一圈5×5的等間距標(biāo)定點(diǎn)，最上層采用3×3的等間距標(biāo)定點(diǎn)。正方形的圍框4.1.3，有利于實(shí)現(xiàn)標(biāo)定點(diǎn)之間的規(guī)則點(diǎn)狀排列。本發(fā)明中，底座4.1.1的每級(jí)臺(tái)階高度應(yīng)選擇為，使得對(duì)于雙目相機(jī)或者多目相機(jī)，不能有標(biāo)定點(diǎn)4.1.2被遮擋。圖7的實(shí)施例中每級(jí)臺(tái)階高度為10mm。標(biāo)定點(diǎn)4.1.2可由鑲嵌在底座4.1.1中的圓孔中的圓柱段形成。底座4.1.1、圍框4.1.3、圓柱段可采用過盈配合的方式組裝在一起。最后再將其整體以上平面磨削加工的方式進(jìn)行二次加工，確保立體標(biāo)定塊的上表面的表面粗糙度符合標(biāo)定時(shí)滿足對(duì)于精度的要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)相機(jī)的精密標(biāo)定。

為滿足分色識(shí)別需要，立體標(biāo)定塊4的底座4.1.1可采用純白色亞克力材料，圍框4.1.3和形成標(biāo)定點(diǎn)4.1.2的圓柱段可采用純黑色亞克力材料。多個(gè)圓柱段陣列排布形成的圓柱點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)，能更好達(dá)到對(duì)相機(jī)進(jìn)行識(shí)別標(biāo)定的目的。立體標(biāo)定塊4的尺寸由相機(jī)5的視場(chǎng)確定，一般需要占有視場(chǎng)的1/3。相對(duì)于平面靶標(biāo)，立體標(biāo)定塊4可以提高相機(jī)深度方向的標(biāo)定精度。如圖1所示，在標(biāo)定工作中，標(biāo)定框3水平放置于工作臺(tái)面上，立體標(biāo)定塊4分別成組鏡像地嵌入標(biāo)定框3的上下方孔中。

在多個(gè)多目立體視覺測(cè)量子系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同測(cè)量時(shí)，各個(gè)子系統(tǒng)測(cè)得的三維空間點(diǎn)坐標(biāo)分別位于各自的測(cè)量坐標(biāo)系下。為了能夠?qū)⑦@些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理，需要將其統(tǒng)一到同一個(gè)坐標(biāo)系下。具體而言，就是以其中一個(gè)多目立體視覺測(cè)量子系統(tǒng)所在的坐標(biāo)系為基準(zhǔn)，將其他各個(gè)測(cè)量子系統(tǒng)測(cè)得的數(shù)據(jù)變換到該基準(zhǔn)坐標(biāo)系下，求解對(duì)應(yīng)的變換關(guān)系的過程就是子系統(tǒng)之間的相對(duì)位姿的標(biāo)定。本發(fā)明的相機(jī)標(biāo)定裝置的標(biāo)定過程包括下列步驟：建立立體標(biāo)定塊的空間坐標(biāo)系；從不同角度拍攝立體標(biāo)定塊；提取標(biāo)定點(diǎn)，獲取標(biāo)定點(diǎn)的圖像坐標(biāo)集；求解各多目視覺子系統(tǒng)的內(nèi)外參數(shù)；根據(jù)算法標(biāo)定各多目視覺子系統(tǒng)間的相對(duì)位姿關(guān)系。

本發(fā)明的相機(jī)標(biāo)定裝置可以根據(jù)初始化的角度、位置等空間坐標(biāo)參數(shù)進(jìn)行相機(jī)的標(biāo)定，并能根據(jù)需要再次進(jìn)行相機(jī)角度、距離等參數(shù)調(diào)節(jié)，以及根據(jù)需要成對(duì)地更換所需的不同規(guī)格的標(biāo)定塊，以此達(dá)到對(duì)多目相機(jī)尤其是四目相機(jī)的高精度標(biāo)定。

本發(fā)明的相機(jī)標(biāo)定裝置采用立體標(biāo)定塊，極大地提高了多目相機(jī)的深度標(biāo)定精度。該裝置整體結(jié)構(gòu)緊湊，且相機(jī)具備多個(gè)自由度可調(diào)節(jié)功能，可以實(shí)現(xiàn)不同種類相機(jī)的位姿參數(shù)快速調(diào)整，有效地提高了標(biāo)定效率。該裝置不僅適用于四目相機(jī)的標(biāo)定，且適用于雙目相機(jī)的標(biāo)定，適應(yīng)性廣，可廣泛應(yīng)用于自動(dòng)裝配生產(chǎn)線的視覺標(biāo)定。

至此，已經(jīng)結(jié)合附圖所示的優(yōu)選實(shí)施方式描述了本發(fā)明的技術(shù)方案，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，本發(fā)明的保護(hù)范圍顯然不局限于這些具體實(shí)施方式。在不偏離本發(fā)明的原理的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)相關(guān)技術(shù)特征做出等同的更改或替換，這些更改或替換之后的技術(shù)方案都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。